利用宏条形码技术对加拿大东部硅藻指数（IDEC）进行重新设计：初步考虑与挑战

《Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences》：Giving the Eastern Canadian Diatom Index (IDEC) a makeover using metabarcoding: first considerations and challenges

DNA代谢条形码技术替代传统显微分析法评估魁北克流域生物完整性，结果显示两者得到的浮游植物群落结构和指数（IDEC）具有高度可比性，证实了该技术的可行性。

　　

摘要

“加拿大东部硅藻指数”（Indice Diatomées de l'Est du Canada；IDEC）旨在通过硅藻群落来评估河流的生物完整性。自2000年代初该指数首次推出以来，魁北克省使用这一生物评估工具进行监测的站点数量持续增加，导致样本数量大幅增长。随之而来的是对高技能人员的需求增加，这些人员需要负责硅藻的显微镜鉴定工作。然而，时间限制和成本因素也制约了显微镜分析的效率。因此，有必要开发一种更快速的硅藻群落分析方法，以维持魁北克省高质量的水质监测工作。针对硅藻的DNA宏条形码技术（DNA metabarcoding）为克服传统显微镜分类分析的局限性提供了新的途径。本研究旨在探讨利用硅藻DNA宏条形码技术评估魁北克河流生物完整性的可行性。2019年8月和2020年8月，研究人员共走访了56个采样点收集生物膜样本（其中15个站点仅被访问过一次）。从冻干生物膜中提取基因组DNA，并通过高通量测序技术（HTS）针对rbcL基因片段进行测序。总体而言，基于DNA宏条形码分析得到的硅藻群落结构与显微镜观察结果相似；通过显微镜和DNA分析得出的IDEC评分也具有可比性。研究结果令人鼓舞，表明有必要在更大范围内、涵盖更多类型的河流、不同地区及不同程度的生态破坏情况下开展类似研究，最终目标是基于硅藻DNA开发出IDEC的新版本。

摘要

“加拿大东部硅藻指数”（IDEC）的建立旨在通过硅藻群落来评估河流的生物完整性。自2000年代初该指数首次应用以来，魁北克省使用该工具进行监测的站点数量显著增加，这促使了对具备高级显微镜鉴定技能的专业人员的需求上升。然而，时间限制和高成本仍是显微镜分析面临的挑战。为此，亟需开发更高效的硅藻群落分析方法，以确保魁北克河流监测工作的质量。针对硅藻的DNA宏条形码技术为突破传统显微镜分类分析的局限提供了有效途径。本研究初步验证了利用该技术评估魁北克河流生物完整性的可行性。2019年8月和2020年8月，研究团队共访问了56个采样点采集生物膜样本（其中15个站点仅被访问过一次）。从冻干生物膜中提取基因组DNA后，通过高通量测序技术针对rbcL基因片段进行测序。分析结果显示，基于DNA宏条形码的硅藻群落结构与显微镜观察结果高度一致；基于显微镜和DNA分析得出的IDEC评分亦具有可比性。这些结果为在更广泛范围内、针对更多河流类型、区域及生态破坏程度开展类似研究提供了依据，最终目标是基于硅藻DNA开发IDEC的新版本。

总结

“加拿大东部硅藻指数”（IDEC）通过分析硅藻群落来评估河流的生物完整性。自2000年代初该指数实施以来，魁北克省的应用范围不断扩大，对专业显微镜鉴定人员的需求也随之增加。然而，时间压力和高成本限制了显微镜分析的效率。因此，亟需开发更高效的硅藻群落分析方法。针对硅藻的DNA宏条形码技术为克服传统显微镜分类方法的局限性提供了新思路。本研究初步验证了该技术在魁北克河流生物完整性评估中的潜力。2019年8月和2020年8月，研究人员对56个采样点进行了两次生物膜采集（其中15个站点仅被访问过一次）。通过冻干生物膜提取基因组DNA并利用rbcL基因片段进行测序。分析结果显示，显微镜和DNA宏条形码分析得到的硅藻群落结构高度一致，基于这两种方法的IDEC评分具有可比性。这些结果为在更大范围内、更多河流类型和生态破坏程度下开展类似研究提供了支持，最终目标是基于硅藻DNA开发IDEC的新版本。